江蘇濱海灘涂稻作改良研究進(jìn)展及展望

崔士友，張 蛟，陳澎軍

（1江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所，江蘇南通 226541；2地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，南京 210007）

0 引言

江蘇省沿海灘涂面積占中國(guó)沿海灘涂的1/4 以上，是非常重要的后備土地資源，也是江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要保證。水稻是中國(guó)三大糧食作物之一，其種植面積占糧食作物總面積的27.1%左右，產(chǎn)量占中國(guó)糧食年總產(chǎn)量的34.4%，因而對(duì)保證糧食安全至關(guān)重要。開發(fā)利用鹽堿地發(fā)展水稻生產(chǎn)有利于進(jìn)一步加強(qiáng)中國(guó)的糧食生產(chǎn)。

1 耐鹽水稻的篩選與鑒定

總體而言水稻屬于鹽敏感作物[1]，但不同材料耐鹽性間存在較大的差異。江蘇省農(nóng)科院糧食所較早開展耐鹽水稻種質(zhì)的篩選與鑒定工作[2-4]，且該工作一直延續(xù)至今[5-6]，江蘇沿海地區(qū)農(nóng)科所[7]等單位也從事相關(guān)的工作。江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所鹽土農(nóng)業(yè)研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)利用自建的鹽池設(shè)施，建立了水稻耐鹽性全生育期鑒定技術(shù)體系，3年來(lái)鑒定近300份育成品種與區(qū)試參試品系，積累了一些經(jīng)驗(yàn)?！濉陂g，江蘇省篩選出了‘鹽稻10 號(hào)’、‘鹽稻12’、‘通粳981’、‘南粳5055’、‘南粳9108’、‘淮稻5號(hào)’等耐鹽性較強(qiáng)的品種，其中有的品種已在灘涂較大規(guī)模種植。

水稻耐鹽性的鑒定要研究解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，以便建立統(tǒng)一的水稻耐鹽性鑒定技術(shù)規(guī)范，有利于不同的研究間進(jìn)行比較。（1）待鑒定材料種于何處，是水培、沙培還是土培，目前大多為水培或沙培，土培很少；（2）鑒定時(shí)期是芽期、苗期還是全生育期，目前的報(bào)道大多是芽期或苗期鑒定，也有少數(shù)全生育期的鑒定[8]；（3）對(duì)照品種的選擇，國(guó)際水稻所(IRRI)所用的3種標(biāo)準(zhǔn)基因型分別為‘Pokkali’（耐）、‘Bicol’（中耐）和‘IR29’（敏感）。有研究者利用‘韭菜青’、‘鹽豐47’、‘遼鹽2 號(hào)’作耐鹽對(duì)照[8]，有些研究則未設(shè)置耐鹽對(duì)照[3,5]，中國(guó)耐鹽水稻全國(guó)區(qū)試所用的粳稻組對(duì)照為‘鹽稻12’，該品種經(jīng)多年多點(diǎn)的耐鹽性觀測(cè)均表現(xiàn)優(yōu)良。（4）鹽脅迫的程度，IRRI采用水培法鑒定苗期水稻耐鹽性，在2～3 葉期施加鹽脅迫處理，脅迫程度為10 dS/m，相當(dāng)于6.4 g/L[9]。美國(guó)農(nóng)部鹽土實(shí)驗(yàn)室(Salinity Laboratory,USDA-ARS)采用營(yíng)養(yǎng)液沙培的方法，營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率ECw為0.9 dS/m，加鹽營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率為4.4、8.2 dS/m。相當(dāng)于含鹽2.8、5.2 g/L[10]。國(guó)內(nèi)研究也有借鑒[4,8]，如張所兵等[8]對(duì)初篩出的155份材料用0.3%和0.5%的NaCl 進(jìn)行了全生育期耐鹽性篩選，0.3%的NaCl共篩選到7個(gè)品種的11個(gè)全生育期耐鹽存活單株，而0.5%的NaCl 僅篩選到1 個(gè)品種中的1個(gè)存活單株。為獲得極端耐鹽水稻種質(zhì)，對(duì)用0.5%NaCl 鹽土篩選出的38 份水稻耐鹽種質(zhì)置于更強(qiáng)脅迫的0.8%NaCl溶液進(jìn)行重復(fù)篩選[5]。（5）評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)的設(shè)置主要看研究目的，即是生物學(xué)目的還是農(nóng)學(xué)目的，前者指植株在鹽脅迫下的生存能力，而后者則指在鹽脅迫下的生產(chǎn)能力或產(chǎn)量水平。表1是IRRI提出的水稻苗期耐鹽性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[9]。

表1 基于鹽害癥狀鑒定水稻耐鹽性的級(jí)別劃分[9]

鑒于一些文獻(xiàn)對(duì)鹽脅迫的表述不明確，這里對(duì)其做些介紹。濱海鹽土的土壤鹽分主要有2 種表示方法，一種用土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，單位是g/kg土，經(jīng)典的測(cè)定方法是烘干法；另一種用電導(dǎo)率表示，中國(guó)通常以土水比1:5 的比例浸提土壤，測(cè)定浸提液的電導(dǎo)率(EC1:5)，單位dS/m（或mS/cm）。電導(dǎo)法不是嚴(yán)格意義上的土壤鹽分表示方法，且該指標(biāo)不具有可加性。由于電導(dǎo)法較烘干法測(cè)定方法簡(jiǎn)單，且2 種表示方法可通過(guò)建立經(jīng)驗(yàn)回歸方程進(jìn)行換算，如作者通過(guò)江蘇省如東沿海灘涂36個(gè)土樣的測(cè)定建立的回歸方程為：y=0.175x2+2.957x-0.109（R2=0.992，其中x為土壤電導(dǎo)率EC1:5，y為土壤鹽分含量）[11]，從而可通過(guò)電導(dǎo)率的測(cè)定而間接獲得所研究鹽土的土壤鹽分含量。

濱海灘涂土壤通過(guò)淡水/微咸水洗鹽后種稻，其稻田表層(0～30 cm)土壤鹽分含量大多在2 g/kg 左右，淺水層鹽分含量在3 g/L 以下[12]。這里要明確土壤含鹽量和土壤水含鹽量是2 個(gè)不同的概念，一些文獻(xiàn)對(duì)此認(rèn)識(shí)模糊。以土壤容重1.39 g/cm3，土壤孔隙度47.6%計(jì)算，在土壤含鹽量2 g/kg 的情形下，旱作（土壤含水量以25%計(jì)算）下土壤水溶液的含鹽量為8 g/L；淡水灌溉稻作（土壤飽和水含量，無(wú)水層）下土壤水溶液的含鹽量為5.8 g/L，如建立淺水層(5 cm)，則含鹽量降得更低，僅有3 g/L 左右。如用微咸水(3 g/L)灌溉，則建立淺水層的土壤水溶液鹽分含量達(dá)6 g/L 左右?；诖耍瑸┩糠N植中對(duì)旱作作物耐鹽性的要求應(yīng)高于稻作的水稻。

2 鹽脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

揚(yáng)州大學(xué)戴其根團(tuán)隊(duì)和江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所鹽土農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)在‘十三五’期間對(duì)鹽脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響開展了一些試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，無(wú)論是鹽池試驗(yàn)還是灘涂實(shí)地試驗(yàn)，鹽脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)均產(chǎn)生不利影響。

2.1 鹽脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

周根友等[13]利用鹽池設(shè)施研究了鹽脅迫（EC1:5=1.112 dS/m，相對(duì)于土壤含鹽量3 g/kg 左右）對(duì)4 個(gè)耐鹽性較強(qiáng)的水稻品種（‘通粳981’、‘鹽稻12’、‘鹽稻10號(hào)’和‘南粳5055’）產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明鹽逆境下水稻產(chǎn)量顯著下降，鹽逆境下的產(chǎn)量?jī)H為非逆境的40.5%；產(chǎn)量構(gòu)成因素方面單位面積穗數(shù)略有下降，差異接近顯著水平，單穗粒數(shù)和千粒重則表現(xiàn)為顯著下降，其中單穗粒數(shù)下降幅度達(dá)49.1%，為減產(chǎn)的主導(dǎo)因素。韋還和等[11]以‘南粳9108’為試材，設(shè)置對(duì)照、中鹽（土壤含鹽量1.5 g/kg）和高鹽(3 g/kg)處理，中鹽和高鹽處理的產(chǎn)量降幅分別為23.7%和56.7%；與對(duì)照相比，中鹽處理的穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重分別下降6.4%、14.8%和4.8%，高鹽處理則分別下降18.8%、36.0%和11.0%，減產(chǎn)的主因是每穗粒數(shù)。復(fù)墾灘涂實(shí)地的試驗(yàn)結(jié)果與此類似，我們以23 個(gè)新品種/系為試材，在中低鹽分(2 g/kg)復(fù)墾灘涂地塊，微咸水（礦化度0.94～2.44 g/L）灌溉，比較灘涂實(shí)地鹽脅迫下粳稻產(chǎn)量的表現(xiàn)。結(jié)果表明，參試品種平均產(chǎn)量8.21 t/hm2，變幅6.19～11.74 t/hm2，為鄰近無(wú)鹽脅迫老墾區(qū)產(chǎn)量的85%左右，主要的穗粒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)為穗多而粒少?；谶@些研究可以推測(cè)鹽逆境對(duì)水稻產(chǎn)量的影響主要發(fā)生在孕穗期，這一時(shí)期主要影響每穗粒數(shù)。拔節(jié)孕穗期是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)水稻進(jìn)入幼穗分化期，鹽脅迫對(duì)穗分化產(chǎn)生不利的影響，穗長(zhǎng)縮短，穗粒數(shù)減少。

2.2 鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)的影響

周根友等[13]利用鹽池設(shè)施以4個(gè)耐鹽性較強(qiáng)的水稻品種（‘通粳981’、‘鹽稻12’、‘鹽稻10 號(hào)’和‘南粳5055’）為試材，研究了鹽脅迫(EC1:5=1.112 dS/m)對(duì)稻米品質(zhì)的影響，除外觀品質(zhì)（長(zhǎng)寬比、堊白米率和堊白度）外，鹽逆境對(duì)稻米主要品質(zhì)性狀均存在顯著的影響。與非逆境相比，鹽逆境對(duì)加工品質(zhì)中的糙米率、精米率和整精米率均顯著下降。鹽逆境對(duì)直鏈淀粉含量具有明顯的作用，鹽逆境下的直鏈淀粉含量較非逆境下的直鏈淀粉含量顯著下降；而蛋白質(zhì)含量正好相反，鹽逆境促進(jìn)稻米蛋白質(zhì)的積累，差異達(dá)顯著水平。與非鹽逆境相比，鹽逆境條件下峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值、回復(fù)值均未發(fā)生顯著的變化，而消減值、起始糊化溫度則表現(xiàn)出顯著的增加。這些結(jié)果表明，鹽逆境對(duì)稻米蒸煮食味品質(zhì)存在一定程度的不利影響。

為進(jìn)一步探明不同水平鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)的影響，翟彩嬌等[14]以耐鹽性較好的‘常農(nóng)粳8號(hào)’和‘南粳9108’為試材，利用鹽池設(shè)施設(shè)置不同水平土壤含鹽量(0、1.5、3、4.5、6 g/kg)，研究不同水平鹽脅迫對(duì)水稻加工、外觀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，稻米淀粉黏滯譜特征值以及食味品質(zhì)的影響。結(jié)果表明糙米率和精米率隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加而逐漸下降，而整精米率則表現(xiàn)為明顯的下降；鹽脅迫對(duì)稻米外觀品質(zhì)堊白度、透明度無(wú)顯著的影響。隨著鹽脅迫水平的提高，RVA譜特征值并未表現(xiàn)為線性的增加或減少，而是表現(xiàn)為V型（峰值黏度、熱槳黏度、崩解值）或倒V型（消減值、回復(fù)值和起始糊化溫度）的變化，最低值或最高值出現(xiàn)在鹽脅迫S2 處。此外，隨鹽脅迫的增加稻米的食味值表現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。

肖丹丹等[15]以‘南粳9108’和‘鹽稻12號(hào)’為試材，設(shè)置不同鹽分梯度(0、1、1.5、2、2.5、3、3.5 g NaCl/L)的灌溉水，研究不同程度鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)形成的影響。結(jié)果表明，與非鹽脅迫相比在低鹽脅迫(1～1.5 g NaCl/L)下，直鏈淀粉含量顯著降低，稻米的糙米率、精米率和整精米率增加，稻米淀粉黏滯特性（RVA譜）的峰值黏度、熱漿黏度和最終黏度增加，米飯的外觀、黏度、平衡度和食味值在1 g/L鹽脅迫高于無(wú)脅迫，‘南粳9108’和‘鹽稻12 號(hào)’的膠稠度在1 g/L 鹽脅迫下分別較無(wú)脅迫高4.5、3.5 mm；在中、高鹽脅迫(2～3.5 g/L)下，稻米的加工品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和稻米淀粉黏滯特性明顯降低，稻米的堊白粒率和堊白度隨著鹽濃度的增加而減小。由此可知低鹽脅迫下稻米的品質(zhì)總體有一定的改善，而高鹽脅迫下稻米品質(zhì)明顯變劣.。

此外，一些研究者還開展了灘涂實(shí)地鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)影響的研究。余為仆[16]認(rèn)為低濃度鹽脅迫對(duì)稻米品質(zhì)的影響較小，但較高濃度的鹽分脅迫條件下稻米品質(zhì)劣化明顯，土壤鹽分含量在0.9 g/kg以上時(shí)，鹽脅迫處理顯著降低稻米的直鏈淀粉含量，提高蛋白質(zhì)含量。嚴(yán)凱等[17]以‘南粳9108’為試材，研究了施氮量對(duì)灘涂水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明在一定的范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，施氮量300 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高；施氮量對(duì)稻米品質(zhì)的影響方面，增施氮肥會(huì)增加稻米的堊白率、堊白度、蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量；此外，施氮量的增加還會(huì)顯著降低稻米的蒸煮品質(zhì)與食味品質(zhì)。在灘涂實(shí)地（土壤含鹽量2 g/kg，灌溉水礦化度0.94～2.44 g/L）23個(gè)品種/系為試材的研究表明，中低度鹽逆境環(huán)境對(duì)糙米率、精米率、長(zhǎng)/寬比、食味值的影響不大，對(duì)整精米率有一定的影響，影響最大的是稻米外觀品質(zhì)堊白粒率和堊白度，除2 個(gè)糯稻材料外，其余23 個(gè)品種/系中只有1 個(gè)材料即‘通海粳17-2’可達(dá)標(biāo)。

3 微咸水灌溉對(duì)灘涂稻田土壤鹽分動(dòng)態(tài)的影響

灘涂稻作改良是開發(fā)利用沿海灘涂的主要技術(shù)措施之一，但江蘇沿海灘涂地區(qū)淡水資源相對(duì)短缺，大多只能利用微咸水灌溉。對(duì)于灘涂水稻生產(chǎn)而言就是利用礦化度1～3 g/L的微咸水進(jìn)行稻作生產(chǎn)。為此，選擇連續(xù)種植4年、洗鹽后第1年種稻的新圍墾灘涂地塊為研究對(duì)象，以鄰近灘涂荒地為對(duì)照，開展全生育期稻田土壤耕層(0～20 cm)、淺層水、以及灌溉水源中鹽分的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，并進(jìn)行不同種植年限（1年和4年）的水稻產(chǎn)量比較[11]。結(jié)果表明，種植1 年、4 年的稻田耕層土壤鹽分的變化趨勢(shì)基本一致，最高點(diǎn)均出現(xiàn)在抽穗期，耕層含鹽量分別為1.83、1.38 g/kg土，全生育期平均值分別為1.07、1.01 g/kg 土；淺水層鹽分含量表現(xiàn)為前期（分蘗期）較低，中后期（拔節(jié)孕穗期后）較高，這與水稻生長(zhǎng)期間雨水分布、灌溉水含鹽量有密切關(guān)系。連續(xù)種植4年的水稻較種植1年的增產(chǎn)11.3%，主要原因在于生物量和單位面積穗數(shù)的顯著增加。水稻收獲后1 m 土層土壤鹽分的測(cè)定結(jié)果表明，微咸水灌溉灘涂種稻不存在鹽漬化加重的風(fēng)險(xiǎn)。

后來(lái)，我們又在復(fù)墾灘涂（復(fù)墾前為灘涂海水養(yǎng)殖）開展了類似的觀測(cè)試驗(yàn)，灘涂土壤中低度鹽分(2 g/kg)，微咸水（礦化度0.94～2.44 g/L）灌溉，開展耐鹽水稻篩選試驗(yàn)，試驗(yàn)田定位取樣觀測(cè)，同時(shí)對(duì)灌溉水定期取樣測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)圖1，在水稻大田生長(zhǎng)期間土壤鹽分變幅為0.72～2.89 g/kg土，灌溉水的含鹽量（礦化度）變幅為0.94～2.44 g/L，兩者間變化趨勢(shì)表現(xiàn)出一定程度的一致性。其中，土壤鹽分含量的最高點(diǎn)出現(xiàn)在抽穗期，土壤鹽分達(dá)2.89 g/kg。本試驗(yàn)也表明，復(fù)墾灘涂稻作地塊微咸水灌溉并未產(chǎn)生土壤的次生鹽漬化。

圖1 江蘇濱海鹽土水稻生長(zhǎng)期間土壤鹽分和灌溉水鹽分動(dòng)態(tài)變化

王相平等[18]根據(jù)濱海地區(qū)（江蘇省東臺(tái)市黃海原種場(chǎng)）水稻微咸水灌溉試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SWAP (Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型研究了不同微咸水灌溉處理對(duì)水稻水分利用效率和土壤鹽分動(dòng)態(tài)的影響，結(jié)果表明：（1）作物水分利用效率隨灌水量增加而增大，灌水利用效率隨灌水量增加而降低，在當(dāng)?shù)氐Y源短缺條件下，采用1.5 g/L微咸水進(jìn)行足量灌溉可以獲得較高的產(chǎn)量、水分利用效率及灌水利用效率；（2）土壤鹽分濃度波動(dòng)幅度與灌水量和灌水礦化度有關(guān)，在60～90 cm土層處出現(xiàn)累積現(xiàn)象，累積深度及土壤鹽分濃度大小與灌水量及灌水礦化度密切相關(guān)，90 cm 以下土層土壤鹽分濃度開始逐漸減小；（3）經(jīng)模型模擬結(jié)果分析，采用1.5 g/L礦化度微咸水持續(xù)灌溉10年不會(huì)引起0～100 cm土壤次生鹽漬化。

4 江蘇濱海灘涂稻作改良今后工作的建議

凌啟鴻[19]、王才林等[20]有關(guān)稻作專家對(duì)江蘇沿海灘涂稻作改良的相關(guān)技術(shù)都有很好的闡述，對(duì)今后灘涂稻作改良具有很好的指導(dǎo)作用。這里基于近10 年有關(guān)灘涂改良與耐鹽作物方面的試驗(yàn)研究體會(huì)，對(duì)江蘇省灘涂稻作改良研究工作提出如下3 個(gè)方面的建議。

4.1 耐鹽水稻種質(zhì)篩選與品種改良

近年來(lái)青島海水稻研發(fā)中心主持開展了全國(guó)耐鹽水稻品種試驗(yàn)，取得了較好的進(jìn)展。江蘇等省也開展了類似的耐鹽水稻多點(diǎn)測(cè)試工作。建議在充分研討和征求意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，盡快制定全國(guó)統(tǒng)一的耐鹽水稻鑒定技術(shù)規(guī)范，建立2～3 個(gè)水稻耐鹽性鑒定基地/平臺(tái)，為品種審定提供權(quán)威的測(cè)試報(bào)告。這是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，可為鹽堿地稻作改良提供支撐。

實(shí)施鹽堿地選育耐鹽水稻品種的工程。目前的耐鹽品種大多是在已育成的水稻品種進(jìn)行耐鹽性篩選而獲得，選種圃很少安排在灘涂鹽堿地。不過(guò)這種情形現(xiàn)在已有所改觀，江蘇沿海地區(qū)農(nóng)科所、江蘇省農(nóng)科院糧食所等單位近年已開始在灘涂開展育種分離世代的選種工作，預(yù)計(jì)在改良水稻耐鹽性以及產(chǎn)量、品質(zhì)性狀方面將取得可喜的進(jìn)展。

4.2 灘涂稻田地力提升技術(shù)研發(fā)

濱海鹽土地力水平低下，有機(jī)質(zhì)含量?jī)H5 g/kg 左右，N缺、P少、K高（表2）。提高灘涂稻田地力與緩解灘涂鹽脅迫同樣重要。提升灘涂地力要在作物秸稈全量還田的基礎(chǔ)上，重視有機(jī)肥的使用，增施N、P 肥。經(jīng)過(guò)連續(xù)3 年的灘涂實(shí)地定位觀測(cè)，水稻秸稈全量還田后，土壤有機(jī)質(zhì)從水稻種植前的5.13 g/kg 增加到7.36 g/kg[24]。

表2 江蘇濱海灘涂耕層土壤養(yǎng)分水平

4.3 灘涂水稻栽培關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

鹽池試驗(yàn)表明與非鹽脅迫相比，3 g/kg 土的鹽脅迫下單位面積穗數(shù)略有增加但不顯著，每穗實(shí)粒數(shù)顯著下降，僅為對(duì)照的45.9%～63.5%，千粒重顯著下降，為對(duì)照的81.9%～90.4%[12]。韋還和等[13]的研究結(jié)果表明3 個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素均顯著下降，主因是每穗粒數(shù)。灘涂實(shí)地研究也表明每穗實(shí)粒數(shù)偏低，‘淮稻5 號(hào)’僅有75粒左右[11]，23個(gè)品種灘涂實(shí)地篩選試驗(yàn)每穗粒數(shù)平均為84.1粒。由此推測(cè)鹽脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響的關(guān)鍵時(shí)期為拔節(jié)孕穗期。其關(guān)鍵技術(shù)包括肥水運(yùn)籌以及緩解鹽脅迫的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的使用，有關(guān)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)緩解鹽脅迫、增加每穗粒數(shù)作用方面的研究已取得較好的進(jìn)展。